胡塞尔先验现象学视角下的统一场论困境

高龙迪

（吉林大学 哲学社会学院，吉林 长春 130012）

胡塞尔先验现象学视角下的统一场论困境

高龙迪

（吉林大学 哲学社会学院，吉林 长春 130012）

统一场论的当前发展遭遇多重困境，尤其是其理论和经验多方面的背离。在历史上，统一场论的早期代表——外尔统一场论的发展情况和统一场论当下发展情况存在诸多相似，外尔统一场论在发展中也曾和当代统一场论（超弦、圈量子理论）一样遭遇重重危机。但外尔统一场论最后取得了一定的成功，这和它在诞生时受到胡塞尔先验现象学的影响有直接关系。胡塞尔先验现象学认为，对本质的把握不需要依靠经验的事实，而是靠“直取”，本质“是在一般方式中纯粹作为一种本质单一体被判断的”，表现在具体科学的公理中显现为“直接明证性”的判断。外尔接受并采纳了胡塞尔先验现象学思想，由此确立了基于对称的规范不变性思想，并成为外尔统一场论诞生直至成功始终不变的基本原则和理论核心。统一场论在当前发展的相关研究中，也要尝试明确类似的原则和理论内核，才能走出困境。

胡塞尔；先验现象学；统一场论；对称

一、统一场论的当前发展及其困境

旨在实现将自然界所有基本力统一和所有基本粒子统一起来的统一场论的研究已有近百年的历史，在当下的发展理论中较有希望的代表是超弦理论和圈量子理论。两个理论的研究者们在各自数十年的研究中都取得了一定的突破，但在当前的发展遭遇多重困境，基本表现为发展中的理论和经验世界出现裂痕，且难以得到基于经验性的验证实验的帮助。回顾统一场论的早年发展历史，外尔开创的第一个统一场论是唯一得到机会继续发展、获得成果的，而且其发展中遭遇的困境与如今的统一场论候选者们面对的情况非常相似。外尔当年从事统一场论的发展经验就不能不获得我们的重视。统一场论在当前主要面临以下两个困境。

（一）维度难题

超弦理论中的空间的维度高达9维，其中6维高度卷曲，使得我们所见的世界依然是3维。这种隐藏6维的9维空间会有什么不同，尤其是卷曲的6维该如何看待，传统的空间观念明显无法作答；圈量子理论认为空间并不是无限可分的，而是离散的，有最小的组成体积，换言之在微观中无数个离散空间组成了日常显现的空间。两者的时空观都与现实世界的差异太大。太过怪异的时空观使得超统理论、圈量子理论等统一场论的研究者们想要将统一场论与当下物理学热点问题对接起来的努力变得更加困难。要回答这个问题必须寻求全新的空间思想。

（二）验证难题

当代统一场论（无论是超弦还是圈量子理论）都围绕普朗克长度的极微观层级进行探讨，都需要更精密的设备，尤其是超弦理论。验证超弦理论正确与否所需要的实验装置需要极高的能量，保守估计至少要建造和冥王星轨道一样大的环形加速器才能满足要求——而这在现实上是无法建造的。

二、统一场论的早期历史反思

1918年，外尔（Hermann Weyl）提出第一个版本的统一场论，在其影响下当时的物理学界出现了研究统一场论的热潮，爱因斯坦、爱丁顿、泡利、海森堡等人都提出了自己的统一场论，但最后都失败了。在历史的曲折往复下，只有外尔的统一场论发展至今，可谓早期统一场论中走出困境的唯一代表。

外尔统一场论是统一场论早期发展的各种版本中唯一持续发展并取得成果的版本，成熟发展的外尔统一场论转变为现代规范场论，后者在现代物理学上具有极其重要的地位，发展完备的规范场论可精确表述自然界中的四种基本力中的三种（电磁力、强核力、弱核力），可谓取得了显著的成功，其发展的标准模型预言的希格斯玻色子也在2012年被发现。而外尔统一场论和另外一种基本相互作用力——万有引力有更深的渊源。1918年，外尔以爱因斯坦的广义相对论和米（Gustav Mie）的改进电磁场论为基础，创立了第一个版本的统一场论，提出度量不变性的概念，并于1929年在伦敦、福克的研究基础上将这个理论完善成形，形成了现代规范场论的理论核心——规范不变性思想。外尔还在这一时期为该理论所需的相关数学理论（如纤维丛理论）做了大量开创性工作。1954年杨振宁将外尔规范不变性引入微观领域，现代规范场论开始蓬勃发展。

在外尔统一场论发展到现代规范场论的历史中，外尔开创的直观对称性思想和局域的规范不变性思想一直作为理论核心贯穿于整个发展史中。

超弦理论本身就是一个10维时空的规范场论；圈量子引力的研究是进行类似外尔当年从广义相对论转变为类似规范场论的努力。可以说都是外尔当年工作的拓展。

对比当代统一场论和外尔统一场论的建立发展过程，我们不难发现统一场论的这几个不同版本的发展模式具有很强的相似性：（1）在初建过程中便遭遇挫折：诞生于1968年的超弦理论的前身——弦论的研究最开始是为了解决微观粒子的强相互作用问题，但初创不久就因为盖尔曼创建的量子色动力学而被学术主流晾在一边。而圈量子理论从20世纪80年代发展之日起便面临当时超弦理论的强力竞争而被冷遇。外尔的统一场论初创时期就遭到爱因斯坦在尺规问题上的直接质疑，当时的物理学界普遍认为这个理论具有简洁直观的优点，但远离经验现实，更似一个数学猜想，而非精确的物理理论。（2）面对初创时期的挫折，统一场论的研究者们选择了偏重于深远的数学理论体系构造以作应对，这个构造过程均非短期一日之功，而是长期性工作。待理论足够完善之时再转向与实际物理问题的结合。这种发展模式是屡遭波折的，无论超弦理论、圈量子理论等当下的统一场论还是外尔的早期统一场论。

20世纪60年代末遭遇冷落的弦论直到几年后实现对引力的量子化难题有所突破时才再次受到关注。但此时的弦论中作为最基本类型微观粒子的费米子的数学模型居然高达26维度（与经验冲突严重的高维度难题此后成为弦论及后续的超弦理论、M理论均挥之不去的阴影）。此后的10多年时间里，弦论的研究者们终于成功引入超对称机制，将26维度削减为10维，弦论也正式发展为超弦理论。此后，多个彼此间差异巨大的版本的超弦理论的存在又让该领域的研究备受质疑，多版本的超弦理论对应的“更高维的几何远非唯一的”，带来了“众多可能的解”，[1]（P193）直至1995年整合所有版本超弦理论的M理论的提出。但此时高维时空等远离经验实验的问题依然困扰超弦理论的研究，直至现在。此时遭遇超弦理论打压式竞争的圈量子理论在20世纪90年代提出的普朗克长度下离散空间和离散时间的思想也和超弦理论的高维空间面临着同样的质疑。

而外尔统一场论在诞生之时遭遇的尺规问题，直至1926～1927年福克、伦敦引入虚相位时才得到解决。1954年杨振宁提出杨-米尔斯理论时又直接面临泡利指出的该理论中存在质量不为0的玻色子的矛盾问题，直至20世纪60年代希格斯引入带有对称性自发破缺机制的希格斯场，才得以化解。

对比上述发展历程，我们发现当代统一场论和外尔统一场论在发展过程的相似中又有不同，在当代统一场论中，超弦理论数十年发展脉络中都是其主要研究者们努力向经验妥协，并以此主导超弦理论的构建工作。圈量子理论研究者在21世纪初向基于规范场论的标准模型的融合工作的努力也同样是向经验靠拢的努力。

与之相反，外尔统一场论的核心研究者们无论是开创者外尔还是发展至现代规范场论的核心研究者杨振宁，面对来自经验的挑战， 二人都未让这方面难题的化解主导自己的研究，而是默默坚持规范不变性和对称性等直观性思想进行理论的构造与完善工作。如此反常之举下，最后完备的规范场论却可极为精确地吻合电磁力、强核力、弱核力的实验数据。

外尔作为20世纪最著名的数学家之一、现代物理学的先行者，同时又是当时寥寥无几可与哲学前沿领域现象学互动的通才，[2]他在数学和物理学领域的研究深受到其哲学观点的影响。[3]（P212）他在自己的著作中直言不讳——在创建和发展统一场论的极为关键的1910～1918年之间因太太的影响受到胡塞尔哲学的吸引，“我与一位学哲学的女生结了婚，她是当时在哥廷根任教的现象学奠基人胡塞尔的学生。随之，胡塞尔使我从实证主义中摆脱出来，而走向一个比较自由的世界观。”[4]（P17）在1918年出版的数学基础研究著作《连续统》中，外尔提请人们在相关认识论问题上参阅胡塞尔的《逻辑研究》和《纯粹现象学通论》（第一卷），他认为该问题的思考，就是一项对直接（直观）所予和形式（数学）概念之间的关系的批判性的认识论考察。[5]（P2）

外尔认为胡塞尔现象学直接明晰前进的方向，是一种默认“存在非经验的法则”[6]（P168）的先验判断，外尔对自己统一场论的研究就是在先验性直观的判断指导，无须经验的法则指导下，自然不必在意外界的干扰，由此，外尔从未搁置和放弃自己在这方面的研究，反而立足长远，为自己的统一场论的研究做超前瞻性的铺垫工作。我们不得不感兴趣这之中胡塞尔的先验哲学对外尔的这种态度和精神产生了什么样的影响，更值得关注的是外尔统一场论的核心思想与胡塞尔哲学的渊源。

三、胡塞尔先验现象学对外尔统一场论的启发

胡塞尔认为，每一门经验科学都不能从它试图去说明的现象中获得基本的概念、洞见和原则，以解释它所考察的现象。各门科学在它开始解释它所研究的现象的时候，一定已经具有了其“理论”。一位科学家不能只是从某一“哲学的立场”借来这样的基本概念、洞见和原则。每一门科学必须建立起自己的这些“基础”，并且它既不是在经验的方法也不是在先验的（等于哲学的）的方法的帮助下去这样做，它必须在“描述的方法”（即现象学的方法的）帮助下去建立这些基础。因此，普遍的理性形而上学应该成为“严格的科学”，即关于本质的科学，这种本质的科学能够为经验科学奠定坚固的基础。纯粹先验现象学对本质的把握不需要依靠经验的事实，而是靠“直取”，这时候本质“是在一般方式中纯粹作为一种本质单一体被判断的”。“任何物质的东西都具有本质类，其中最高的本质类即‘一般本质物’这个普遍类，它具有一般时间规定、一般时延、一般形象、一般物质性。属于该个体的每种东西，其他个体也可能有；而且在上述各例中指出的那种最高的本质普遍性，界定着诸个体的‘区域’或‘范畴’。”[7]（P59）在胡塞尔看来，纯粹几何学与纯粹现象学在本质上是相同的，在纯粹几何学中，我们判断的是一般的图形，如一般的三角形，而非三角形的本质。[7]（PP204）公理性的判断所需要的是一种“本质的直观”，这种“本质的直观”绝非建立在对它们的经验之上，而是建立在对“本质个别单一体”的一种察看之上。那被本质直观所看的“本质个别单一体”不是作为事实存在物被把握的，而是自己“显现着”。

从上文胡塞尔的思想，我们不难看出，一种满足上文要求的“先验的”“描述的”“直观的”且具有几何学特性的，同时触及本质的思想，将具有胡塞尔所说的为经验科学奠定基础的作用。外尔从电磁场理论和广义相对论中，寻找到了一种“本质的直观”——对称，并进一步发展为规范对称性（规范不变性）。在外尔发布统一场论的同一年，德国女数学家诺特提出诺特定理——连续对称性和物理学的守恒性实现了一一对应，将对称性思想集大成，由此可知各种抽象的物理学深层次的守恒定律等价于各种层面的“先验的和纯粹的、描述的科学”。

四、胡塞尔先验现象学思想下统一场论的当前困境评析

外尔以对称思想和规范不变性为原则，规定和约束了包括外尔在内的进行外尔统一场论的理论构造的每一位研究者。我们从历史看到，经验方面的危机终未阻止外尔统一场论的最终成功，可以说外尔统一场论研究者们的先验性“直取”实现了对经验的超越。效法此成功之路，将胡塞尔先验直观思想的启发应用于超弦理论、圈量子理论等当代统一场论研究的实践中，是解决超弦困境的唯一之路。由此我们不难看出：当代统一场论的研究者们在理论构造中对简约、直观的追求并没有错，因为这本身是继承外尔统一场论，继续对“本质的直观”的追求。当代统一场论遭遇的各种难题的核心在于如何在理论研究和构造中坚持和更合理地把握这种简约、直观。这种背景下，当代统一场论的研究需要从宏观上把握发展方向，合理应对开篇中所述的诸种困境。

（一）当代统一场论的实验证实难题以及人择宇宙难题这两个经验性难题当下可以回避，也必须回避

这是当代所有前沿物理学理论（无论超弦理论还是圈引力理论等）和以后的物理学理论不得不经常面对的问题。经验性实验所需要的设备越来越昂贵且建设周期漫长，如世界上最大的粒子物理研究中心欧洲核子研究中心（CERN）有20国加盟，除了欧盟内经济强国还得到美国、日本这样的经济强国支持才能保持正常运营。这直接意味着现在和以后的理论物理前沿研究者不得不在缺乏第一手精确实验数据的情况下工作，以后的深层次物理学研究不得不适应减少对经验的依赖。

另外一方面，外尔统一场论的成功表明物理理论的构造性工作完全可以在缺乏经验性支持（如实验数据）的情况下长期独立坚持。20世纪中叶以后的微观物理学，如果没有外尔统一场论的存在，沿袭传统从实验数据中缓慢调整的经验摸索发展方式，其前景之黯淡，也是可以想象的。实际上，早在20世纪初诞生的广义相对论，如果采用传统物理研究的不断实验验证、不断修正数据的方式发展成形，将注定是失败的，因为引力极其微弱，相关实验工作举步维艰。爱因斯坦在广义相对论的理论构造中也采用了先独立构建理论（作为广义相对论理论基础的广义协变，具有朴素的对称性思想），而后对已成熟的理论的推论进行判定实验的间接验证方式进行验证。（无论是早期的爱丁顿测定光线偏转实验还是后期的引力透镜实验均是如此）。此方式取得了巨大成功，以至于让人们忽视了这种难度。

（二）思想性层面的难题需要明确，且直接解决

因为当代统一场论需要类似外尔统一场论中对称思想和规范不变性那样的“本质的直观”准则。当代统一场论在此方面的困境需要结合胡塞尔的先验现象学，逐个击破。我们不难看出，从胡塞尔先验现象学中“本质的直观”这个角度出发，在超弦理论和圈量子理论均有涉及的超对称思想的深层含义的探索和空间本质的探索，肯定会有新的突破；从胡塞尔思想中“直取”与“直观”的双重机制下思考，理论构造实践中发明与发现的裂痕不难解决，这样超对称被质疑“人工性”太强的难题也不难获得突破。这些都是超弦理论和圈量子理论等当代统一场论未来发展中极具价值的战略突破口，但相关的研究将是一个长期性的涉及多学科的工作。外尔统一场论的奠基者外尔在数学、物理和哲学的研修都足够精深且一生站在紧紧联系这3门学科的时代最前沿。而当下专业的数学研究者、物理学研究者和哲学研究者之间的互动实际上很少。这个局面必须改变，外尔当年所做的哲学—物理学—数学三门学科最专业最前沿的角度的整体化思考，而今的研究者们也必须努力恢复。在当下的背景下，这对科学哲学的研究者们是个巨大的机遇，也是严重的挑战。

[1]L.斯莫林.物理学的困惑[M].李泳，译.长沙：湖南科学技术出版社，2008.

[2]郁里克. 20世纪最后的通才——赫尔曼·外尔[J]. 大科技（科学之谜），2009，（1）.

[3] Timothy Gowers.普林斯顿数学指南（第3卷）[M].齐民友，译.北京：科学出版社，2014 .

[4]郝刘祥.外尔的哲学思想与其数学物理研究之间的关系[J].科学文化评论，2006，3（05）.

[5]Hermann Weyl.The Continuum：A Critical Examination of the Foundation of Analysis[M].New York:Dover Publications,INC.,1994.

[6]赫尔曼·外尔.数学与自然科学之哲学[M].齐民友，译.上海：世纪出版集团，2005.

[7]胡塞尔.纯粹现象学通论[M].李幼蒸，译.北京：商务印书馆，2012.

〔责任编辑：李 官〕

The Plight of the Unified Field Theory from the Perspective of the Husserl’s Transcendental Phenomenology

Gao Longdi

（School of Philosophy and Society Jilin University，Changchun，130012，Jilin，China）

The current development approach of the unified field theory suffered multiple difficulties, especially the deviation between its theoretical and empirical aspects. As a matter of fact, the early?exponent?of the unified field theory-the Weyl unified field theory suffered the similar development difficulties. The Weyl unified field theory and the contemporary unified field theory （superstring, circle quantum theory） all had encountered the same crises during the development. However, the Weyl unified field theory finally achieved some success，because it was directly influenced by the Husserl’s transcendental phenomenology at the time of birth. The Husserl’s transcendental phenomenology believed that the essence was grasped by “straight”, not relied on the experience of the facts. At this time, the essence was “judged purely as an essential single in general”, appearing as the judgment with “straight clear proof” in the axioms of concrete science. Weyl accepted and adopted the thought of the Husserl’s transcendental phenomenology, thus he established the gauge invariance theory based on the principle of symmetry ,and it became the basically unchanged principle and core theory of the Weyl unified field theory since the beginning. The relevant research of the unified field theory in current development should also try to clear the similar principles and core theories, so it could go out of the dilemma.

Transcendental phenomenology; Unified field theory; Symmetry

国家社科基金（13BZX025）

高龙迪，男，吉林大学哲学社会学院2011级博士研究生，主要从事现象学与科学哲学研究。

B516.52

A

1006-723X（2015）12-0013-04